專利名稱：高效發電機的制作方法及高效發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種提高發電機能量轉換效率的發電機的制作方法及由該方法制作的發電機。
背景技術：
眾所周知，現有發電機的機電能量轉換效率很低。其中的一個重要原因在于當發電機輸出電流時，每個線包繞組都會產生一個磁場，而磁場磁力線的循環方向正好與旋轉磁場磁力線的運動方向處在同一個平面上。線包磁場的磁力線與旋轉磁場的磁力線相互抵觸直接阻礙旋轉磁場的旋轉運動。圖1、圖2所示是現有發電機旋轉磁場磁力線與線包磁力線相互干擾的示意圖。
在當今能源越來越緊缺的情況下，若能提高電機的機電能量轉換效率，必將具有相當重要的經濟意義和社會意義。
發明內容
本發明的目的意在克服上述現有技術的不足，提出一種能有效提高發電機轉換效率的發電機的制作方法及采用該方法制作的高效率的發電機。
實現上述目的的技術方案一種高效發電機的制作方法，在產生旋轉磁場的永磁體側面設置屏蔽環，使永磁體產生的旋轉磁場磁力線在線包區域之外時被擠壓變形以避開線包磁場的磁力線，進一步減少線包磁場的磁力線對旋轉磁場產生阻力。
一種高效發電機，包括機殼和永磁體，所述永磁體的側面固定有屏蔽環，使旋轉磁場的端面寬度小于鐵芯的厚度，所述永磁體的上下兩側面與屏蔽環之間具有一間隙，用以對旋轉磁場磁力線的循環幅度進行約束，使其旋轉磁場的磁力線在進入鐵芯時低于鐵芯的厚度。
所述屏蔽環材質均為純鐵、或鐵氧體。發電機的機殼采用非導磁材料，使得線包磁力線可以盡量舒展的循環，而不會受發電機機殼的引導使得磁力線擠壓變形。
進一步地，所述屏蔽環呈雙“L”型結構，雙“L”型結構的屏蔽環固定在環狀永磁體的上下兩側及背面。
采用上述技術方案，本發明有益的技術效果在于根據變壓器的工作原理，電磁能量的轉換并非一定要切割磁力線，也可以通過電磁感應的方式將電磁能量從初級線圈感應到次級線圈，而且變壓器的電磁能量轉換的效率甚高。
本發明創造性地將變壓器的工作原理引入發電機中，通過減少在線包區域之外旋轉磁場切割磁力線的方法，從而減少線包磁場的磁力線對旋轉磁場產生的阻力，大幅度地提高了電機的能量轉換效率。具體地說通過在所述產生旋轉磁場的永磁體側面設置屏蔽環，使永磁體產生的旋轉磁場磁力線在線包區域之外時被擠壓變形以避開線包磁場的磁力線，進一步減少線包磁場的磁力線對旋轉磁場產生阻力。
將屏蔽環設計成雙“L”型結構，便于制造和安裝，且不影響屏蔽效果。
發電機的機殼采用非導磁材料，使得線包磁力線可以盡量舒展的循環，而不會受發電機機殼的引導使得磁力線擠壓變形。
綜上所述，針對上述現有技術存在的缺陷，本發明通過合理的調整發電機線包的磁力線的走向和旋轉磁場磁力線的走向，在線包磁力線和旋轉磁場磁力線之間，通過屏蔽引導的方式使線包磁場的磁力線和旋轉磁場的磁力線之間在線包區域之外不再相互干擾，有效地減少了在線包區域之外原有線包磁場的磁力線對旋轉磁場運轉的阻力，減少了不必要的能量損耗，從而達到了提高機電能量轉換效率的目的。
圖1是現有發電機的結構立體示意圖。
圖2是圖1所示現有發電機去掉外殼和部分線包后的剖視結構示意圖。
圖3是圖1所示現有發電機的結構平面分布示意圖。
圖4是圖1所示現有發電機的線包磁力線和旋轉磁場磁力線的分布示意圖。
圖5是本發明對圖1所示電機改進后的發電機立體結構示意圖。圖6是圖5所示安裝屏蔽環結構后，旋轉磁場磁力線與線包磁力線相互不干擾的情況示意圖。
圖7是當圖5所示發電機的機殼采用非導磁材料制作后，旋轉磁場磁力線與線包磁力線、外殼、底板之間相互關系的分布示意圖。
圖8是改進前的發電機與本發明的發電機能量轉換效率測試裝置的結構框圖。
具體實施例方式圖1至3所示為現有發電機的結構示意圖，包括永磁體1、鐵芯2、線包3、機殼7、底板8、主軸9、主套10。環狀的永磁體1旋轉時產生旋轉磁場。線包3繞制在鐵芯2的鐵芯爪21上，相鄰的鐵芯爪21之間存在用于安裝線包3的過線槽隙5。圖3是圖1所示現有電機的線包磁力線和旋轉磁場磁力線的平面分布示意圖。由圖1至4可見，現有發電機在輸出電流時，旋轉磁場磁力線14與線包磁力線15之間在線包3的區域之外相互存在大量的干擾。由于其干擾的存在，線包磁場的磁力線15對旋轉磁場磁力線14運轉產生較大的阻力，而導致一定的能量損耗。
實施例一、一種高效發電機及其制造方法，如圖5所示是對圖1所示發電機進行局部改進后的結構示意圖。改進之處在于在環狀的永磁體1的上下兩側及背面103固定有屏蔽環6，屏蔽環6呈雙“L”型結構，其中永磁體1的上下兩側面(101、102)與屏蔽環6之間具有一間隙104，用以對旋轉磁場磁力線的循環幅度進行約束，使其旋轉磁場的磁力線在進入鐵芯2時低于鐵芯2的厚度。屏蔽環6必須是鐵、或鐵氧體等導磁材料制成。其它結構與圖1所示現有結構完全相同。圖6給出了設置屏蔽環6后磁力線的分布示意圖，圖6與圖4相比，線包磁場的磁力線16和改進后的新的旋轉磁場的磁力線17之間在線包區域之外不再相互干擾，永磁體1產生的旋轉磁場的磁力線在既不外露而且還將磁力較為集中的感應到線包2上。
為了進一步約束線包磁力線，發電機的機殼7、底板8采用非黑色金屬(通稱鐵)等非導磁材料制作，以避免吸收、屏蔽、引導磁場，使線包在輸出電流時產生的磁力線在循環時不受其影響。圖7所示是設置屏蔽環和發電機的機殼7、底板8采用非導磁材料制作后，旋轉磁場磁力線與線包磁力線、外殼、底板之間相互關系的分布示意圖。
在循環時的范圍越舒展，磁力線的線束就越多、線包內流過的磁通量越大，線包所產生的電壓、電流自然也就大了。反之磁力線的線束受到限制，磁力線的線束的數量就大打折扣。
實驗例和對比例圖8是對改進前發電機和對改進后發電機能量轉換效率的測試裝置結構圖。改進前發電動機(YYF-300)和改進后發電動機的不同之處在于改進后的發電機是在改進前發電機(YYF-300)的側面裝設屏蔽環6(參見圖4)，機殼、底板也換成了非導磁材料，其它結構(包括整流電路)完全一樣。
改進前發電機對應的是對比例，改進后發電機對應的是實驗例。
測試條件測試電源RYI---3005穩壓電源；測試表頭MONASOR.K1.2.0；0-5A；0-30V；0-2A；0-30V；數位化光電轉速表DT-2234C；負載電阻1.8RJ；2.5RJ；5RJ；10RJ；22RJ；(5W瓷介電阻)；切換開關單刀撥動開關(驅動、負載)；變阻開關七位移動開關；驅動馬達永磁直流微型電動機(型號不詳)外形尺寸、直徑44.8mm；外殼長度49.8mm；被測電機1)改進前的YYF-300永磁交流微型發電機；2)改進后的YYF-300永磁交流微型發電機；
整流電路板6只1004二極管、各一塊，直流輸出端并聯；傳動形式皮帶；傳動比1∶1；連接導線2平方毫米多股銅芯導線；表1和表2給出了根據圖8發電機能量轉換效率測試裝置在不同負載、不同工作條件下的實驗例測試數據和對比例測試數據。其中表1對應的實驗例1-5和對比例1-5是在不同負載情況下的最大輸出功率及能量轉換效率對比。
根據表1數據可以看出，在同等情況下，一方面，電機改進后的轉速(2500～4700轉/分)明顯大于改進前的轉速(1130～3370轉/分)，電機改進后的最大輸出功率明顯大于改進前的最大輸出功率，說明電機輸出功率的能力得到了明顯的提高。特別是在較大負載情況下(負載電阻小)更是明顯。以負載電阻1.8歐姆為例，改進前的最大輸出功率是1.05瓦，改進后的最大輸出功率是2.2瓦，最大輸出功率提高了100％。另一方面，電機改進后的能量轉換效率也是明顯優于改進前的能量轉換效率，特別是在較大負載情況下(負載電阻小)，更是明顯。以負載電阻1.8歐姆為例，改進前的能量轉換效率是5.25％，改進后的能量轉換效率是10.19％，改進后的能量轉換效率比改進前的能量轉換效率提高接近100％。當負載電阻在22歐姆時，本發明能量轉換的效率高達28.4％。
表2對應的實驗例6-10和對比例6-10是在相同驅動電壓、不同負載情況下的最大輸出功率及能量轉換效率對比。
根據表2數據可以看出，在相同驅動電壓、不同負載情況下的最大輸出功率及能量轉換效率與表1在不同負載情況下的最大輸出功率及能量轉換效率對比呈現出一致的結論一方面，電機改進后的轉速(2150～3300轉/分)明顯大于改進前的轉速(1120～2540轉/分)，電機改進后的最大輸出功率比改進前的最大輸出功率得到了大幅度的提高，說明電機輸出功率的能力得到了明顯的提高。特別是在較大負載情況下(負載電阻小)更是明顯。以負載電阻1.8歐姆為例，改進前的最大輸出功率是0.84瓦，改進后的最大輸出功率是1.71瓦，最大輸出功率提高了100％以上。另一方面，電機改進后的能量轉換效率也是明顯優于改進前的能量轉換效率，特別是在較大負載情況下(負載電阻小)，更是明顯。仍以負載電阻1.8歐姆為例，改進前的能量轉換效率是3.82％，改進后的能量轉換效率是9.71％，改進后的能量轉換效率比改進前的能量轉換效率提高150％以上。當負載電阻在22歐姆時，本發明能量轉換的效率高達29.8％。
表3對應的實驗例11-15和對比例11-15是在相同驅動電流、不同負載情況下的最大輸出功率及能量轉換效率對比。
根據表3數據可以看出，在相同驅動電壓、不同負載情況下的最大輸出功率及能量轉換效率與表1在不同負載情況下的最大輸出功率及能量轉換效率對比呈現出一致的結論一方面，電機改進后的轉速(1070～2620轉/分)明顯大于改進前的轉速(210～4800轉/分)，電機改進后的最大輸出功率明顯大于改進前的最大輸出功率，說明電機輸出功率的能力得到了明顯的提高。特別是在較大負載情況下(負載電阻小)更是明顯。以負載電阻1.8歐姆為例，改進前的最大輸出功率是0.74瓦，改進后的最大輸出功率是1.71瓦，最大輸出功率提高了130％以上。另一方面，電機改進后的能量轉換效率也是明顯優于改進前的能量轉換效率，特別是在較大負載情況下(負載電阻小)，更是明顯。仍以負載電阻1.8歐姆為例，改進前的能量轉換效率是4.16％，改進后的能量轉換效率是9.71％，改進后的能量轉換效率比改進前的能量轉換效率提高130％以上。當負載電阻在22歐姆時，本發明能量轉換的效率高達33.65％。
綜上所述，在同等情況下，本發明電機改進后的最大輸出功率明顯大于改進前的最大輸出功率，改進后的能量轉換效率比改進前的能量轉換效率得到了大幅提高，最高可達130％以上.這在當今能源緊缺的情況下，采用本發明具有相當重要的經濟價值和社會價值。
表1在不同負載情況下的最大輸出功率及能量轉換效率對比
表2在相同驅動電壓、不同負載情況下的最大輸出功率及能量轉換效率對比
表3在相同驅動電流、不同負載情況下的最大輸出功率及能量轉換效率對比
權利要求
1.一種高效發電機的制作方法，其特征在于在產生旋轉磁場的永磁體側面設置屏蔽環。
2.根據權利要求1所述的高效發電機的制作方法，其特征在于使所述屏蔽環的寬度與鐵芯厚度相等。
3.根據權利要求2所述的高效發電機的制作方法，其特征在于所述永磁體的上下兩側面與屏蔽環之間具有一定的間隙，用以對旋轉磁場磁力線的循環幅度進行約束，使其旋轉磁場的磁力線在進入鐵芯時低于鐵芯的厚度。
4.根據權利要求1-3任意一項所述的高效發電機的制作方法，其特征在于將屏蔽環設計成雙“L”型結構，雙“L”型結構的屏蔽環固定在環狀永磁體的上下兩側及背面。
5.根據權利要求1-3任意一項所述的高效發電機的制作方法，其特征在于采用非導磁材料制造發電機機殼，使得線包磁力線可以盡量舒展的循環，而不會受發電機機殼的引導使得磁力線擠壓變形。
6.一種高效發電機，包括機殼和永磁體，其特征在于所述永磁體的側面固定有屏蔽環。
7.根據權利要求6所述的高效發電機，其特征在于所述屏蔽環的寬度與鐵芯厚度相等。
8.根據權利要求7所述的高效發電機，其特征在于所述永磁體的上下兩側面與屏蔽環之間具有一間隙，用以對旋轉磁場磁力線的循環幅度進行約束，使其旋轉磁場的磁力線在進入鐵芯時低于鐵芯的厚度。
9.根據權利要求8所述的高效發電機，其特征在于所述屏蔽環是鐵、或鐵氧體，所述機殼是采用非導磁材料制作。
10.根據權利要求6-9任意一項所述的高效發電機，其特征在于所述屏蔽環呈雙“L”型結構，雙“L”型結構的屏蔽環固定在環狀永磁體的上下兩側及背面。
全文摘要
本發明涉及一種發電機的制作方法，主要是在產生旋轉磁場的永磁體側面設置屏蔽環，屏蔽環的總寬度與鐵芯的厚度一致。本發明還公開了采用上述方法制作的發電機。采用上述技術方案，可提高發電機的輸出功率，大幅度提高機電能量轉換的效率。
文檔編號H02K15/03GK101013828SQ20061006258
公開日2007年8月8日 申請日期2006年9月12日 優先權日2006年9月12日
發明者石為民 申請人:石為民